剖析智能化斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

劉偉

摘 要：文章以12 kV（VS1）真空斷路器，針對(duì)智能化斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了概述，并探析了智能化斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)方法及其驗(yàn)證，同時(shí)分析了剛合點(diǎn)、剛分點(diǎn)的獲取方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：智能化斷路器 機(jī)械特性 在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù) 驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：TM56 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）09（a）-0030-02

斷路器在電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其運(yùn)行水平直接影響整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。機(jī)械特性參數(shù)是判斷斷路器運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)，通過對(duì)斷路器的機(jī)械特性參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠判斷斷路器是否能夠正常、穩(wěn)定運(yùn)行。傳統(tǒng)的斷路器機(jī)械特性監(jiān)測(cè)采用離線監(jiān)測(cè)技術(shù)，難以滿足智能化斷路器機(jī)械特性監(jiān)測(cè)的實(shí)際要求。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效地解決離線監(jiān)測(cè)技術(shù)的各種弊端，更加快速、直觀地獲得斷路器的機(jī)械特性。因此，文章針對(duì)智能化斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 智能化斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)概述

傳統(tǒng)離線式機(jī)械特性監(jiān)測(cè)，通常應(yīng)用5 cm直線位移傳感器對(duì)斷路器的行程進(jìn)行測(cè)量，對(duì)三相真空滅弧室的分、合信號(hào)進(jìn)行采集，并以此為依據(jù)獲得剛分點(diǎn)、剛合點(diǎn)的信號(hào)，這樣能夠?yàn)閿嗦菲鳈C(jī)械特性各種參數(shù)的計(jì)算提供可靠的依據(jù)。離線監(jiān)測(cè)技術(shù)和在線監(jiān)測(cè)的區(qū)別在于傳感器安裝在斷路器的內(nèi)部，不會(huì)對(duì)斷路器的結(jié)構(gòu)、絕緣特性以及機(jī)械特性等產(chǎn)生不良影響，因此傳感器的體積相對(duì)較小，并且能夠快速、方便地獲取離線測(cè)量的剛合點(diǎn)、剛分點(diǎn)。智能化斷路器（12 kV（VS1）真空斷路器）機(jī)械特性的在線監(jiān)測(cè)需要施加12 kV高壓，如何獲取剛合點(diǎn)、剛分點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)。智能化斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的參數(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：合閘數(shù)據(jù)，主要包括：合閘線圈電流、合閘速度、合閘實(shí)踐以及全行程；分閘數(shù)據(jù)，主要包括分閘線圈電流、分閘速度、剛分速度、分閘實(shí)踐以及開距等。

2 智能化斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)方法及其驗(yàn)證

（1）直線位移傳感器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)方法及其驗(yàn)證。傳統(tǒng)機(jī)械特性測(cè)試儀主要采用直線位移傳感器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)斷路器的機(jī)械特性參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。直線位移傳感器通常設(shè)置在斷路器動(dòng)靜觸頭運(yùn)動(dòng)方向上，這樣能夠?qū)嗦菲鞯男谐?時(shí)間特性參數(shù)進(jìn)行直接的反映。因?yàn)槭艿?2 kV（VS1）真空斷路器開關(guān)空間的限制，應(yīng)該選擇體積相對(duì)較小的直線位移傳感器，并將其安裝在斷路器中。12 kV（VS1）真空斷路器的全行程通常介于13～15 mm之間，所以應(yīng)該將直線位移傳感器的形成控制在20 mm，這樣既能夠滿足測(cè)量的要求，同時(shí)還能夠減小傳感器的體積。在進(jìn)行合閘、分閘測(cè)試時(shí)，需要將采樣周期控制在40 μs左右，選擇5 000為采樣點(diǎn)，經(jīng)過計(jì)算，一個(gè)合閘、分閘過程的采樣時(shí)間為200 ms（40×5 000），更好地滿足12 kV（VS1）真空斷路器運(yùn)動(dòng)特性的監(jiān)測(cè)要求。

（2）角度位移傳感器在線檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)方法及其驗(yàn)證。因?yàn)椴荒軐?duì)12 kV（VS1）真空斷路器的原始結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，需要選擇體積相對(duì)較小的位移傳感器，以此保證位移傳感器能夠安裝到斷路器內(nèi)部，角度位移傳感器的體積相對(duì)較小，并且安裝方式也能夠符合斷路器的要求，角度傳感器外觀如圖1所示。通常狀況，將角度位移傳感器安裝在12 kV（VS1）真空斷路器的主軸上，對(duì)主軸的分閘、合閘位移-時(shí)間曲線進(jìn)行測(cè)試，這樣能夠?qū)?dòng)觸頭的直線-時(shí)間特性進(jìn)行直接的監(jiān)測(cè)。通過對(duì)12 kV（VS1）真空斷路器的機(jī)械設(shè)計(jì)圖進(jìn)行分析，能夠推導(dǎo)出斷路器的主軸、絕緣拉桿和動(dòng)觸頭存在直線運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

角度位移傳感器的設(shè)計(jì)計(jì)算公式包括為：

按照公式（1）～（9），能夠?qū)χ鬏S旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的形成進(jìn)行計(jì)算，公式中i表示輸入的角度，L3表示計(jì)算獲得的形成，單位為mm，其他參數(shù)全部為中間變量。因?yàn)樵趯?duì)12 kV（VS1）真空斷路器的機(jī)械特性參數(shù)進(jìn)行采樣時(shí)，對(duì)實(shí)時(shí)性的要求非常高，這就要求在實(shí)際算法之前按照上述公式進(jìn)行計(jì)算，然后把直線和角度形成的對(duì)應(yīng)關(guān)系錄入程序儲(chǔ)存器，動(dòng)觸頭的直線位移量可以通過查表獲得。通過實(shí)際監(jiān)測(cè)，12 kV（VS1）真空斷路器的機(jī)械特性和測(cè)試結(jié)果基本一致，并且測(cè)試參數(shù)的精度由斷路器和角度位移傳感器裝配的一致性、機(jī)械加工部件的一致性以及采樣點(diǎn)數(shù)等共同決定。

3 剛合點(diǎn)、剛分點(diǎn)信號(hào)的獲取方法

合閘速度是ABC第一個(gè)相合上時(shí)刻所在位置與剛合之前運(yùn)行形成的差值與該段形成時(shí)間的比值；分閘速度是ABC第一個(gè)相合分開后運(yùn)動(dòng)的距離和相應(yīng)時(shí)間的比值。由此可見，剛合點(diǎn)與剛分點(diǎn)信號(hào)的獲取，與斷路器機(jī)械特性的監(jiān)測(cè)存在密切的關(guān)聯(lián)。剛合點(diǎn)、剛分點(diǎn)信號(hào)的獲取方法分別表現(xiàn)如下。

（1）剛分點(diǎn)信號(hào)獲取方法。采用自適應(yīng)算法能夠快速、準(zhǔn)確地獲得剛分點(diǎn)的信號(hào)，斷路器合閘、分閘時(shí)長(zhǎng)度位移軸上剛合點(diǎn)與剛分點(diǎn)處于相同位置，并且在實(shí)際分閘過程中，只需要對(duì)時(shí)間值與長(zhǎng)度位移值進(jìn)行采集，時(shí)間和位移信息采集完成后，由軟件根據(jù)剛合點(diǎn)在長(zhǎng)度位移軸上的位置確定分閘動(dòng)作剛合點(diǎn)的位置，當(dāng)確定了剛分點(diǎn)在位移-時(shí)間上的位置，就能夠準(zhǔn)確地找出剛分點(diǎn)。

（2）剛合點(diǎn)信號(hào)獲取方法。剛合點(diǎn)信號(hào)通常采用同一臺(tái)12 kV斷路器上的傳統(tǒng)離線測(cè)量與振動(dòng)傳感器測(cè)量獲得，并且通過大量合閘動(dòng)作，振動(dòng)傳感器測(cè)量剛合點(diǎn)信號(hào)和傳統(tǒng)離線測(cè)量剛合點(diǎn)信號(hào)基本吻合，能夠滿足12 kV（VS1）真空斷路器機(jī)械特性參數(shù)監(jiān)測(cè)要求。

4 結(jié)語

綜上所述，直線位移傳感器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、角度位移傳感器在線檢測(cè)技術(shù)能夠很好地滿足斷路器機(jī)械特性參數(shù)在線監(jiān)測(cè)的要求，同時(shí)剛合點(diǎn)、剛分點(diǎn)信號(hào)獲取也是在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的難點(diǎn)，文章對(duì)此進(jìn)行了分析和驗(yàn)證，希望能夠?yàn)樾袠I(yè)使用提供一定的參考。

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